JP2002338237A - Mold agent, method for producing mesoporous material using the mold agent and mesoporous material obtained by the method - Google Patents
Mold agent, method for producing mesoporous material using the mold agent and mesoporous material obtained by the methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、材料化学、触媒化
学、表面化学、有機合成化学などの分野において有用で
あるメソ多孔性物質を新規な鋳型剤を用いて製造する方
法、該鋳型剤、および得られたメソ多孔性物質に関する
ものである。The present invention relates to a method for producing a mesoporous substance which is useful in the fields of material chemistry, catalytic chemistry, surface chemistry, organic synthetic chemistry and the like by using a novel template, said template, And the resulting mesoporous material.
【0002】ゼオライトを始めとするミクロ多孔性物質
は、構造内に規則的な空間(細孔)を持ち、不均一系触
媒、吸着剤、イオン交換剤、土壌改良材など様々な用途
に用いられている。ゼオライトを高機能化するため、近
年、細孔径のより大きい大口径ゼオライトの開発が進め
られているが、細孔径は依然20オングストローム以下
であった。[0002] Microporous materials such as zeolites have regular spaces (pores) in the structure and are used for various purposes such as heterogeneous catalysts, adsorbents, ion exchange agents, soil conditioners and the like. ing. In recent years, large-diameter zeolites having a larger pore diameter have been developed in order to enhance the function of the zeolite, but the pore diameter was still 20 Å or less.
【0003】[0003]
【従来の技術】モービル社(Mobil Res. & Dev. )は、
片炭素鎖の長い四級アンモニウム塩(例えば、n−C
16H33−N(CH3)3Cl)を鋳型剤として用
い、アルカリ性水溶液中で、規則構造を有する一連のメ
ソ多孔性物質(M41Sと命名)を初めて合成し(Natu
re, 359, 710-712 (1992) )、その後、この分野の研究
が盛んに行われてきた。このようなメソ多孔性物質は、
構造内にメソ領域の規則的な細孔(20〜40オングス
トローム)を持ち、その構造を反映して特徴的なX線回
折パターンを示し、吸着剤や触媒などに用いられる。ま
た、細孔径は合成時に用いられる鋳型剤の分子長さによ
って調整することができる。2. Description of the Related Art Mobil Res. & Dev.
A quaternary ammonium salt having a long carbon chain (for example, nC
16 using the H 33 -N (CH 3) 3 Cl) as templating agent, in an alkaline aqueous solution, for the first time synthesized a series of mesoporous materials (M41S named) having the ordered structure (Natu
re, 359 , 710-712 (1992)), and thereafter, research in this field has been actively conducted. Such mesoporous materials are:
The structure has regular pores (20 to 40 angstroms) in the meso region in the structure, shows a characteristic X-ray diffraction pattern reflecting the structure, and is used as an adsorbent or a catalyst. Further, the pore diameter can be adjusted by the molecular length of the template used during the synthesis.
【0004】上記モービル社の鋳型剤以外のものでは、
アルキルアミン(R−NH2)(Science, 267, 865 (1
995))やアルキルポリエチレンオキサイド(R−(Et
O) n)(Science, 269, 1,242 (1995))、ポリエチレ
ンポリプロピレントリブロックオキサイド((EtO)
n−(PO)m−(EtO)n)(Science, 279, 548
(1998))などの非イオン性界面活性剤が鋳型剤としてメ
ソ多孔性質の合成に用いられた。[0004] Other than the above Mobil mold agent,
Alkylamine (R-NH2) (Science,267, 865 (1
995)) and alkyl polyethylene oxide (R- (Et
O) n) (Science,269, 1,242 (1995)), polyethylene
Polypropylene triblock oxide ((EtO)
n-(PO)m-(EtO)n) (Science,279, 548
(1998)) and other non-ionic surfactants
Used for synthesis of soporous nature.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記鋳型剤の
うち、四級アンモニウム塩(例えば、n−C16H33
−N(CH3)3Cl)は、高価でかつ有害である上
に、これを用いるメソ多孔性物質物質の合成は、通常オ
ートクレーブを使用する加圧条件を必要とする。また、
この塩はイオン性物質であって水熱条件下で生成したメ
ソ多孔性質とイオン結合するため、溶媒抽出ではこの結
合体から鋳型剤を除去できない難点があった。[SUMMARY OF THE INVENTION However, among the templating agent, quaternary ammonium salts (e.g., n-C 16 H 33
—N (CH 3 ) 3 Cl) is expensive and harmful, and the synthesis of mesoporous materials using it requires pressurized conditions, usually using an autoclave. Also,
Since this salt is an ionic substance and ion-bonds with the mesoporous property generated under hydrothermal conditions, there was a problem that the template agent could not be removed from the conjugate by solvent extraction.
【0006】他方、高級アルキルアミンは親水性に乏し
く、従って水との相溶性が悪い。アルキルポリエチレン
オキサイドやポリエチレンポリプロピレントリブロック
オキサイドなどは安価で安全性に優れているが、使用時
には強酸性条件を必要とする上、生成したメソ多孔性質
物の表面積および細孔容量が著しく低下し、鋳型剤とし
ての性能が四級アンモニウム塩には及ばない。[0006] On the other hand, higher alkylamines have poor hydrophilicity and are therefore incompatible with water. Although alkyl polyethylene oxide and polyethylene polypropylene triblock oxide are inexpensive and excellent in safety, they require strongly acidic conditions when used, and the surface area and pore volume of the produced mesoporous material are significantly reduced. Its performance as an agent is inferior to quaternary ammonium salts.
【0007】本発明の目的は、上記のような諸問題を全
て解消して、安価で安全性が高くしかも親水性であり、
温和な条件での反応が可能であり、溶媒抽出による鋳型
剤除去が可能であり、細孔径20オングストローム以上
の高い表面積と大きい細孔容量を有するメソ多孔性物質
を得ることができる鋳型剤を提供することにある。[0007] An object of the present invention is to solve all of the above-mentioned problems, to be inexpensive, highly safe and hydrophilic.
Provide a template agent capable of performing a reaction under mild conditions, removing a template agent by solvent extraction, and obtaining a mesoporous material having a high surface area of 20 Å or more in pore size and a large pore volume. Is to do.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明によるメソ多孔性
物質製造用鋳型剤は、一般式: R1−NH−(EtO)n …………[I] (式中、R1は炭素数8〜36のアルキル基である。
(EtO)nはポリエチレンオキサイド鎖で、nは整数
2〜200である。)で表されるポリオキシエチレンア
ルキルアミンからなるものである。The template for producing a mesoporous material according to the present invention has a general formula: R 1 —NH— (EtO) n ... [I] (wherein R 1 is a carbon atom 8-36 alkyl groups.
(EtO) n is a polyethylene oxide chain, and n is an integer of 2 to 200. )).
【0009】本発明は、また、上記鋳型剤[I]を用い
てメソ多孔性物質を製造するメソ多孔性物質の製造方法
を提供する。[0009] The present invention also provides a method for producing a mesoporous substance, which produces a mesoporous substance using the above-mentioned template [I].
【0010】具体的には、上記鋳型剤[I]を用いて、
一般式: (R1−NH−(EtO)n)r1R2 r2Mm(AaBbCcDdEeF f GgOx) ………… …[II] (式中、Aは2価の元素(例えばCo、Cu、Znな
ど)で、aはその係数0〜1である。Bは3価の元素
(例えばAl、Ga、Feなど)で、bはその係数0〜
0.67である。Cは4価の元素(例えばSi、Tiな
ど)で、cはその係数0〜0.5である。Dは5価の元
素(例えばPなど)で、dはその係数0〜0.4であ
る。Eは6価の元素(例えばCr、Wなど)で、eはそ
の係数0〜0.33である。Fは7価の元素(例えばM
oなど)で、fはその係数0〜0.29である。Gは8
価の元素(例えばOsなど)で、gはその係数0〜0.
25である。Oは酸素原子で、xはその係数1である。
ただし、係数a、b、c、d、e、fおよびgの全部が
同時にゼロであることはない。Mは、水素原子、アルカ
リ金属(例えばNa、Kなど)、アルカリ土類金属(例
えばMg、Caなど)および希土類金属(例えばLa、
Ceなど)よりなる群から選ばれる少なくとも1種で、
mはその係数0.001〜2である。Mが上記群から選
ばれる複数種である場合、MmはM1 m1,M2 m2,
M3 m3…(M1、M2、M3…は上記群から選ばれる
複数種で、m1、m2、m3…はそれらの係数0.00
1〜2である)で表されてよい。R1−NH−(Et
O)nは構造[II]中に含まれている本発明による鋳型剤
部分で、r1はその係数0.01〜1である。すなわち、
R1は炭素数8〜36のアルキル基である。(EtO)
nはポリエチレンオキサイド鎖で、nは整数2〜200
である。R2は上記元素A〜G(これらをZと総称す
る)とZ−炭素結合もしくはZ−酸素−炭素結合により
連結している有機基(例えばメチル、エチル、ビニル、
フェニル基など)で、r2はその係数0〜1である。)
で表される鋳型剤含有メソ多孔性物質を製造することが
できる。Specifically, using the above-mentioned template [I],
General formula: (R1-NH- (EtO)n)r1R2 r2Mm(AaBbCcDdEeF f GgOx(II) (where A is a divalent element (for example, Co, Cu, Zn
A) is its coefficient 0-1. B is a trivalent element
(For example, Al, Ga, Fe, etc.), and b has a coefficient of 0
0.67. C is a tetravalent element (for example, Si, Ti
And c is its coefficient 0 to 0.5. D is a pentavalent element
(E.g., P), and d is a coefficient between 0 and 0.4.
You. E is a hexavalent element (for example, Cr, W, etc.) and e is
0 to 0.33. F is a heptavalent element (eg, M
o, etc.), and f is its coefficient 0 to 0.29. G is 8
Is a valence element (for example, Os), and g has a coefficient of 0 to 0.
25. O is an oxygen atom, and x is its coefficient 1.
However, all of the coefficients a, b, c, d, e, f and g are
They cannot be zero at the same time. M is a hydrogen atom, an alka
Metal (eg, Na, K, etc.), alkaline earth metal (eg,
For example, Mg, Ca, etc.) and rare earth metals (eg, La,
Ce), at least one selected from the group consisting of
m is the coefficient 0.001-2. M is selected from the above group
If there are multiple types,mIs M1 m1, M2 m2,
M3 m3… (M1, M2, M3… Is selected from the above group
With multiple species,m1,m2,m3… Is their coefficient 0.00
1 to 2). R1-NH- (Et
O)nIs the template according to the invention contained in structure [II]
In part, r1 is its coefficient 0.01-1. That is,
R1Is an alkyl group having 8 to 36 carbon atoms. (EtO)
nIs a polyethylene oxide chain, and n is an integer of 2 to 200
It is. R2Are the above elements A to G (these are collectively referred to as Z)
) And a Z-carbon bond or a Z-oxygen-carbon bond
Linking organic groups (eg, methyl, ethyl, vinyl,
Phenyl group), and r2 has a coefficient of 0 to 1. )
To produce a template-containing mesoporous material represented by
it can.
【0011】鋳型剤を含むメソ多孔性物質の好ましい例
は、一般式: (R1−NH−(EtO)n)r1R2 r2Mm(Al
bSicOx) (式中、Mは水素原子および/またはアルカリ金属、R
1、(EtO)n、n、r1、R2、r2、m、b、c
およびxは上記と同じ。ただし、係数bとcが同時にゼ
ロであることはない。)である。A preferred example of the mesoporous material containing a template is represented by the following general formula: (R 1 -NH- (EtO) n ) r1 R 2 r2 M m (Al
b Si c O x ) wherein M is a hydrogen atom and / or an alkali metal;
1 , (EtO) n , n, r1, R 2 , r2, m, b, c
And x are the same as above. However, the coefficients b and c are never zero at the same time. ).
【0012】鋳型剤を含むメソ多孔性物質を、高温焼
成、溶媒抽出などに付すことにより鋳型剤が除去され
る。溶媒に抽出される鋳型剤は、回収され、再利用され
る。The template is removed by subjecting the mesoporous material containing the template to high-temperature firing, solvent extraction, or the like. The template extracted into the solvent is recovered and reused.
【0013】鋳型剤を除いて後のメソ多孔性物質、一般
式: R2 r2Mm(AaBbCcDdEeFfGgOx) ……… ……[III] (式中、Aは2価の元素(例えばCo、Cu、Znな
ど)で、aはその係数0〜1である。Bは3価の元素
(例えばAl、Ga、Feなど)で、bはその係数0〜
0.67である。Cは4価の元素(例えばSi、Tiな
ど)で、cはその係数0〜0.5である。Dは5価の元
素(例えばPなど)で、dはその係数0〜0.4であ
る。Eは6価の元素(例えばCr、Wなど)で、eはそ
の係数0〜0.33である。Fは7価の元素(例えばM
oなど)で、fはその係数0〜0.29である。Gは8
価の元素(例えばOsなど)で、gはその係数0〜0.
25である。Oは酸素原子で、xはその係数1である。
ただし、係数a、b、c、d、e、fおよびgの全部が
同時にゼロであることはない。Mは、水素原子、アルカ
リ金属(例えばNa、Kなど)、アルカリ土類金属(例
えばMg、Caなど)および希土類金属(例えばLa、
Ceなど)よりなる群から選ばれる少なくとも1種で、
mはその係数0.001〜2である。Mが上記群から選
ばれる複数種である場合、MmはM1 m1,M2 m2,
M3 m3…(M1、M2、M3…は上記群から選ばれる
複数種で、m1、m2、m3…はそれらの係数0.00
1〜2である)で表されてよい。R2は上記元素(Z)
とZ−炭素結合もしくはZ−酸素−炭素結合により連結
している有機基(例えばメチル、エチル、ビニル、フェ
ニル基など)で、r2はその係数0〜1である。)で表
される。[0013] mesoporous material after excluding the templating agent, the general formula: R 2 r2 M m (A a B b C c D d E e F f G g O x) ......... ...... [III] ( In the formula, A is a divalent element (eg, Co, Cu, Zn, etc.), a has a coefficient of 0 to 1. B is a trivalent element (eg, Al, Ga, Fe, etc.), and b is the trivalent element. Coefficient 0
0.67. C is a tetravalent element (for example, Si, Ti, etc.), and c has a coefficient of 0 to 0.5. D is a pentavalent element (for example, P), and d has a coefficient of 0 to 0.4. E is a hexavalent element (for example, Cr, W, etc.), and e has a coefficient of 0 to 0.33. F is a heptavalent element (eg, M
o, etc.), and f is its coefficient 0 to 0.29. G is 8
Is a valence element (for example, Os), and g has a coefficient of 0 to 0.
25. O is an oxygen atom, and x is its coefficient 1.
However, all of the coefficients a, b, c, d, e, f, and g are not simultaneously zero. M represents a hydrogen atom, an alkali metal (eg, Na, K, etc.), an alkaline earth metal (eg, Mg, Ca, etc.) and a rare earth metal (eg, La,
Ce), at least one selected from the group consisting of
m is the coefficient 0.001-2. When M is a plurality of species selected from the above group, M m is M 1 m 1 , M 2 m 2 ,
M 3 m3 ... (M 1, M 2, M 3 ... in multiple species selected from the above group, m1, m2, m3 ... are the coefficients 0.00
1 to 2). R 2 is the above element (Z)
And an organic group (for example, a methyl, ethyl, vinyl, phenyl group or the like) linked by a Z-carbon bond or a Z-oxygen-carbon bond, and r2 has a coefficient of 0 to 1. ).
【0014】上述した2つの鋳型剤除去法のうち、焼成
による方法では、一般式[III]中のR2の係数r2はゼロ
となり、溶媒抽出による方法では一般式[III]中のR2
の係数r2は抽出後もそのまま保持される。[0014] Of the two mold agent removing method described above, in the method according to the firing, the formula coefficient r2 of R 2 in [III] is zero, R 2 in the general formula [III] in the process according to solvent extraction
Is kept as it is even after the extraction.
【0015】鋳型剤を除いた後のメソ多孔性物質の好ま
しい例は、一般式; R2 r2Mm(AlbSicOx) (式中、Mは水素原子および/またはアルカリ金属、R
2、r2、m、b、cおよびxは上記と同じ。ただし、
係数bとcが同時にゼロであることはない。)で表され
るメソ多孔性物質である。[0015] Preferred examples of mesoporous material after removing the templating agent has the general formula; R 2 r2 M m (Al b Si c O x) ( wherein, M represents a hydrogen atom and / or an alkali metal, R
2 , r2, m, b, c and x are the same as above. However,
The coefficients b and c are never zero at the same time. ) Is a mesoporous substance represented by
【0016】本発明によるメソ多孔性物質は、細孔径2
0〜200オングストロームの、高い表面積と大きい細
孔容量を有するものである。The mesoporous material according to the present invention has a pore size of 2
It has a high surface area and a large pore volume of 0-200 angstroms.
【0017】つぎに、ポリオキシエチレンアルキルアミ
ンを鋳型剤とするメソ多孔性物質の製造方法について、
説明をする。Next, a method for producing a mesoporous substance using polyoxyethylene alkylamine as a template agent will be described.
Give an explanation.
【0018】メソ多孔性物質は、原料化合物(Q) および
ポリオキシエチレンアルキルアミン[I]からなる鋳型剤
(L) を溶媒(S) 中で、pHを調整しながら混合し、反応
させることにより調製される。The mesoporous substance is a template comprising the starting compound (Q) and polyoxyethylene alkylamine [I].
It is prepared by mixing (L) in a solvent (S) while adjusting the pH and reacting.
【0019】原料化合物(Q) と鋳型剤(L) の混合組成
は、下記のように表される。The mixed composition of the starting compound (Q) and the template (L) is represented as follows.
【0020】Q/Lモル比は、好ましくは0.1〜10
0、より好ましくは1〜10とする。The Q / L molar ratio is preferably 0.1 to 10
0, more preferably 1 to 10.
【0021】S/Lモル比は、好ましくは0.1〜50
00、より好ましくは50〜1000とする。The S / L molar ratio is preferably from 0.1 to 50.
00, more preferably 50 to 1,000.
【0022】ここで、Qは2価の元素Aから8価の元素
Gまでの元素(Z) の総モル数である。Here, Q is the total number of moles of the element (Z) from the divalent element A to the octavalent element G.
【0023】メソ多孔性物質が有機基R2を含むとき
は、R2/Qモル比は、0〜1、好ましくは0.1〜
0.5とする。When the mesoporous material contains an organic group R 2 , the R 2 / Q molar ratio is between 0 and 1, preferably between 0.1 and 1.
0.5.
【0024】原料化合物(Q) は、2価の元素Aから8価
の元素Gまでの元素(Z) のアルコキシ化合物、酸化物、
硫化物、水酸化物、ハロケン化合物、無機酸塩、有機酸
塩などであってよい。The starting compound (Q) is an alkoxy compound of the element (Z) from a divalent element A to an octavalent element G, an oxide,
It may be a sulfide, a hydroxide, a haloken compound, an inorganic acid salt, an organic acid salt, or the like.
【0025】一般式; R1−NH−(EtO)n …………[I] で表されるポリオキシエチレンアルキルアミンにおい
て、R1は炭素数8〜36のアルキル基である。(Et
O)nはポリエチレンオキサイド鎖で、nは整数2〜2
00である。R1とnの組み合わせによりR1−NH−
(EtO)nの親水性−疎水性のバランスを調整するこ
とができる。ポリオキシエチレンアルキルアミン[I]は
単独で用いても2以上の組合せで用いてもよい。In the polyoxyethylene alkylamine represented by the general formula: R 1 —NH— (EtO) n ... [I], R 1 is an alkyl group having 8 to 36 carbon atoms. (Et
O) n is a polyethylene oxide chain, and n is an integer of 2 to 2
00. By the combination of R 1 and n, R 1 —NH—
(EtO) The hydrophilic-hydrophobic balance of n can be adjusted. Polyoxyethylene alkylamine [I] may be used alone or in combination of two or more.
【0026】溶媒(S) は、原料化合物(Q) と鋳型剤(L)
を混合するのに用いられ、少なくとも1つの水素結合を
含むものが好ましく、水、アルコール、アミンおよびそ
れらの混合物が例示される。好ましいアルコールは炭素
数1〜6の1価アルコールおよび多価アルコール、好ま
しいアミンは炭素数1〜6の1級アルキルアミン、2級
アルキルアミン、3級アルキルアミンである。The solvent (S) is composed of the starting compound (Q) and the template (L).
Are preferable, and those containing at least one hydrogen bond are preferable, and examples thereof include water, alcohols, amines, and mixtures thereof. Preferred alcohols are monohydric alcohols and polyhydric alcohols having 1 to 6 carbon atoms, and preferred amines are primary alkylamines, secondary alkylamines and tertiary alkylamines having 1 to 6 carbon atoms.
【0027】反応温度は、好ましくは−50℃〜200
℃、より好ましくは20℃〜100℃である。反応時間
は、好ましくは5分〜200時間、より好ましくは1時
間〜50時間である。The reaction temperature is preferably from -50 ° C to 200 ° C.
° C, more preferably 20 ° C to 100 ° C. The reaction time is preferably 5 minutes to 200 hours, more preferably 1 hour to 50 hours.
【0028】反応液のpH調整に用いられるpH調整剤
としては、無機酸(例えば塩酸、硫酸、硝酸など)、有
機酸(例えば、ギ酸、酢酸など)、無機アルカリ(例え
ば、アンモニア水、NaOH、KOH)、有機アルカリ
(アミン、ピリジンなど)などが例示される。Examples of the pH adjusting agent used for adjusting the pH of the reaction solution include inorganic acids (eg, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, etc.), organic acids (eg, formic acid, acetic acid, etc.), and inorganic alkalis (eg, aqueous ammonia, NaOH, etc.). KOH), organic alkali (amine, pyridine, etc.) and the like.
【0029】原料化合物(Q) と鋳型剤(L) を溶媒(S) 中
で、pHを調整しながら混合することによりスラリーを
調製し、このスラリーから、減圧濾過、加圧濾過もしく
は遠心分離により固形分を回収し、好ましくは20〜1
50℃、好ましくは1〜100時間、常圧もしくは減圧
でこれを乾燥して、鋳型剤を含むメソ多孔性物質を得
る。A slurry is prepared by mixing the starting compound (Q) and the template (L) in the solvent (S) while adjusting the pH, and the slurry is subjected to reduced pressure filtration, pressure filtration or centrifugation. Recover solids, preferably 20-1
This is dried under normal pressure or reduced pressure at 50 ° C., preferably for 1 to 100 hours, to obtain a mesoporous substance containing a template.
【0030】鋳型剤ポリオキシエチレンアルキルアミン
を含むメソ多孔性物質から鋳型剤を除去するには、例え
ば、下記の方法が適用できる。Template Agent To remove the template agent from the mesoporous material containing polyoxyethylene alkylamine, for example, the following method can be applied.
【0031】a) 鋳型剤ポリオキシエチレンアルキル
アミンを含むメソ多孔性物質を、好ましくは300〜1
200℃、より好ましくは500〜800℃で、空気中
で、好ましくは1〜50時間、より好ましくは3〜20
時間焼成する。雰囲気の圧力は通常は常圧であるが、加
圧状態であってもよい。A) A mesoporous material containing a template agent polyoxyethylene alkylamine, preferably from 300 to 1
200 ° C., more preferably 500-800 ° C., in air, preferably 1-50 hours, more preferably 3-20 hours
Bake for hours. The pressure of the atmosphere is usually normal pressure, but may be a pressurized state.
【0032】b) 鋳型剤ポリオキシエチレンアルキル
アミンを含むメソ多孔性物質を抽出溶媒と混合し、鋳型
剤を溶媒で抽出する。溶媒に抽出された鋳型剤は回収、
再利用される。抽出溶媒は親水性と疎水性を共に有する
ものであればよく、例えばメタノール、エタノール等の
アルコール類、アミン類、アセトン、アセトニトリル等
が好適に用いられる。B) Template Agent A mesoporous substance containing polyoxyethylene alkylamine is mixed with an extraction solvent, and the template agent is extracted with the solvent. The template extracted in the solvent is recovered,
Reused. The extraction solvent may be one having both hydrophilicity and hydrophobicity, and for example, alcohols such as methanol and ethanol, amines, acetone, acetonitrile and the like are preferably used.
【0033】[0033]
【作用】本発明による鋳型剤を構成するポリオキシエチ
レンアルキルアミン[I]は、アルキルアミンとポリエチ
レンオキサイドの中間の性質を有し、安価でかつ安全性
が高い。これはアルキルアミンに比べると高い親水性を
示し、(EtO)n鎖の長さにより親水性を調整するこ
とができる。これはまたポリエチレンオキサイド系のも
のに比べると、アミンとしての性質を保持しており、温
和な条件での操作が可能である。得られたメソ多孔性物
質の表面積と細孔容量の値は、四級アンモニウム塩を使
用した場合と同等であり、アルキルポリエチレンオキサ
イドやポリエチレンポリプロピレントリブロックオキサ
イドを使用した場合に比べると、高い値を示す。さら
に、ポリオキシエチレンアルキルアミン[I]の使用量
は、四級アンモニウム塩、アルキルアミンの使用量の半
分以下でよく、大幅な材料費低減が可能である。The polyoxyethylene alkylamine [I] constituting the template according to the present invention has an intermediate property between alkylamine and polyethylene oxide, and is inexpensive and highly safe. This shows higher hydrophilicity than the alkylamine, and the hydrophilicity can be adjusted by the length of the (EtO) n chain. It also retains the properties of an amine as compared with polyethylene oxide-based ones, and can be operated under mild conditions. The values of the surface area and pore volume of the obtained mesoporous substance are equivalent to those in the case of using a quaternary ammonium salt, and are higher than those in the case of using alkyl polyethylene oxide or polyethylene polypropylene triblock oxide. Show. Further, the amount of the polyoxyethylene alkylamine [I] used may be less than half the amount of the quaternary ammonium salt or the alkylamine, and the material cost can be significantly reduced.
【0034】[0034]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を幾つか挙
げ、本発明を具体的に説明する。ただし、これら実施例
は本発明を限定するものではない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to several embodiments of the present invention. However, these examples do not limit the present invention.
【0035】実施例1 鋳型剤を含むメソ多孔性物質の合成 室温で、ポリオキシエチレンラウリルアミン(C12H
25−NH−(EtO)5)10.1g(0.025モ
ル)を水135g(7.49モル)とエタノール47.
0g(1.00モル)の混合溶媒に溶かし、ここへテト
ラエチルオルトシリケート15.62g(0.075モ
ル)を添加した。この混合物を室温で、48時間攪拌し
た。その後、固形分を濾取し、水洗し、温度40℃で6
0時間乾燥させ、固形分8.84gを得た。この固形物
は、Hm(C12H25−NH−(EtO)5)
0.15SiO2なる化学構造を有し、後述の物理特性
測定から鋳型剤を含むメソ多孔性物質(鋳型剤含有DP
S−11)であることが分かった。Example 1 Synthesis of a Mesoporous Material Containing a Template Agent At room temperature, polyoxyethylene laurylamine (C 12 H
25- NH- (EtO) 5 ) (10.1 g, 0.025 mol) was mixed with 135 g (7.49 mol) of water and ethanol.
The mixture was dissolved in 0 g (1.00 mol) of a mixed solvent, and 15.62 g (0.075 mol) of tetraethyl orthosilicate was added thereto. The mixture was stirred at room temperature for 48 hours. Thereafter, the solid content was collected by filtration, washed with water, and heated at 40 ° C. for 6 hours.
After drying for 0 hour, a solid content of 8.84 g was obtained. The solids, Hm (C 12 H 25 -NH- (EtO) 5)
A mesoporous substance having a chemical structure of 0.15 SiO 2 and containing a template agent from a physical property measurement described later (template-containing DP
S-11).
【0036】実施例2 焼成による鋳型剤除去 実施例1で得られた固形分2.34gを温度550℃で
3時間空気中で焼成し、灰分(鋳型剤除去DPS−1
1)1.18gを得た。これはHmSiO2なる化学構
造を有する。Example 2 Removal of Molding Agent by Firing 2.34 g of the solid content obtained in Example 1 was fired in air at a temperature of 550 ° C. for 3 hours to obtain an ash content (molding agent-removed DPS-1).
1) 1.18 g was obtained. It has 2 comprising chemical structure HmSiO.
【0037】重量減少から推算して、実施例1のSiO
2重量基準の収率は99%であり、鋳型剤ポリオキシエ
チレンラウリルアミンの43.4重量%が固形分中に取
り込まれていた。Estimated from the weight loss, the SiO 2 of Example 1
The yield based on 2 % by weight was 99%, and 43.4% by weight of the template agent polyoxyethylene laurylamine was incorporated in the solid content.
【0038】実施例3 鋳型剤を含むメソ多孔性物質の合成 室温で、ポリオキシエチレンラウリルアミン(C12H
25−NH−(EtO)5) 4.04g(0.01モ
ル)を水268g(14.9モル)とエタノール94.
0g(2.00モル)の混合溶媒に溶かし、ここへテト
ラエチルオルトシリケート15.62g(0.075モ
ル)を添加した。この混合物を室温で、48時間攪拌し
た。その後、固形分を濾取し、水洗し、温度40℃で6
0時間乾燥させ、固形分8.19gを得た。この固形物
は、Hm(C12H25−NH−(EtO)5)
0.12SiO2なる化学構造を有し、後述の物理特性
測定から鋳型剤を含むメソ多孔性物質(鋳型剤含有DP
S−11)であることが分かった。Example 3 Synthesis of a Mesoporous Material Containing a Template Agent At room temperature, polyoxyethylene laurylamine (C 12 H
25- NH- (EtO) 5 ) was obtained by adding 4.04 g (0.01 mol) of water to 268 g (14.9 mol) of water and ethanol.
The mixture was dissolved in 0 g (2.00 mol) of a mixed solvent, and 15.62 g (0.075 mol) of tetraethyl orthosilicate was added thereto. The mixture was stirred at room temperature for 48 hours. Thereafter, the solid content was collected by filtration, washed with water, and heated at 40 ° C. for 6 hours.
After drying for 0 hours, a solid content of 8.19 g was obtained. The solids, Hm (C 12 H 25 -NH- (EtO) 5)
A mesoporous material having a chemical structure of 0.12 SiO 2 and containing a template agent from the physical property measurement described below (template-containing DP
S-11).
【0039】実施例4 焼成による鋳型剤除去 実施例3で得られた固形分2.06gを温度550℃で
3時間空気中で焼成し、灰分(鋳型剤除去DPS−1
1)1.16gを得た。これはHmSiO2なる化学構
造を有する。Example 4 Removal of Molding Agent by Firing 2.06 g of the solid content obtained in Example 3 was fired in air at a temperature of 550 ° C. for 3 hours to obtain ash (DPS-1 with removal of molding agent).
1) 1.16 g was obtained. It has 2 comprising chemical structure HmSiO.
【0040】重量減少から推算して、実施例3のSiO
2 重量基準の収率は100%であり、鋳型剤ポリオキ
シエチレンラウリルアミンの88.6重量%が固形分中
に取り込まれていた。Estimating from the weight loss, the SiO 3 of Example 3
2 weight yield is 100%, 88.6 wt% of the templating agent polyoxyethylene lauryl amine had been incorporated into the solid.
【0041】物理特性の測定 実施例および比較例で得られた生成物について、下記の
項目の物理特性を測定した。Measurement of Physical Properties The physical properties of the following items were measured for the products obtained in Examples and Comparative Examples.
【0042】a)X線回折 波長CuKα=(λ=1.5418オングストローム)
のX線光源を備え付けた回折計を用いて、上記実施例で
得られた生成物の回折パターンを測定した。A) X-ray diffraction wavelength CuKα = (λ = 1.5418 angstroms)
The diffraction pattern of the product obtained in the above example was measured using a diffractometer equipped with an X-ray light source.
【0043】面間隔(d) の計算は、Bragg方程式 2d sinθ=λ によった。The calculation of the spacing (d) was based on the Bragg equation 2d sin θ = λ.
【0044】実施例1〜4で得られた生成物は、いずれ
も低角度側に明瞭な回折ピークを示し、規則的なメソ構
造を有することが裏付けられた。計算される面間隔はそ
れぞれ43.7、47.0、44.1、42.9オング
ストロームであった。Each of the products obtained in Examples 1 to 4 showed a clear diffraction peak on the low angle side, confirming that the products had a regular mesostructure. The calculated interplanar spacings were 43.7, 47.0, 44.1, and 42.9 angstroms, respectively.
【0045】b)吸着等温線 実施例2で得られた生成物(鋳型剤除去DPS−11)
について、77Kで窒素吸着等温線を測定した。BET
法で算出した比表面積は1054m2/g、BJH法で
算出した平均細孔径は40.3オングストローム、細孔
容積は1.17ml/g(P/Po=0.99)であっ
た。B) Adsorption isotherm The product obtained in Example 2 (DPS-11 with removal of template)
, The nitrogen adsorption isotherm was measured at 77K. BET
The specific surface area calculated by the method was 1054 m 2 / g, the average pore diameter calculated by the BJH method was 40.3 Å, and the pore volume was 1.17 ml / g (P / Po = 0.99).
【0046】実施例4で得られた生成物(鋳型剤除去D
PS−11)について、77Kで窒素吸着等温線を測定
した。この測定結果を図1のグラフに示す。このグラフ
から、この生成物はメソ多孔性物質であることが裏付け
られた。The product obtained in Example 4 (template removal D
For PS-11), a nitrogen adsorption isotherm was measured at 77K. The measurement results are shown in the graph of FIG. This graph confirmed that the product was a mesoporous material.
【0047】BET法で算出した比表面積は992m2
/g、BJH法で算出した平均細孔径は37.1オング
ストローム、細孔容積は1.15ml/g(P/Po=
0.99)であった。The specific surface area calculated by the BET method is 992 m 2
/ G, average pore diameter calculated by the BJH method is 37.1 angstroms, and pore volume is 1.15 ml / g (P / Po =
0.99).
【0048】[0048]
【発明の効果】本発明によれば、メソ多孔性物質の合成
において、鋳型剤として安価でかつ安全の高いポリオキ
シエチレンアルキルアミンを使用することができる。本
発明の方法によれば、温和な条件下で、低コストでメソ
多孔性物質を製造することができる。本発明によるメソ
多孔性物質は、細孔径20オングストローム以上の細孔
径、高い表面積と大きい細孔容量を有するものであり、
材料化学、触媒化学、表面化学、有機合成化学などの分
野において有用である。According to the present invention, an inexpensive and highly safe polyoxyethylene alkylamine can be used as a template in the synthesis of a mesoporous substance. According to the method of the present invention, a mesoporous substance can be produced at low cost under mild conditions. The mesoporous material according to the present invention has a pore diameter of 20 Å or more, a high surface area and a large pore volume,
It is useful in fields such as material chemistry, catalytic chemistry, surface chemistry, and organic synthetic chemistry.
【図1】実施例4で得られた生成物の吸着等温線を示す
グラフである。FIG. 1 is a graph showing an adsorption isotherm of a product obtained in Example 4.
Claims (5)
(EtO)nはポリエチレンオキサイド鎖で、nは整数
2〜200である。)で表されるポリオキシエチレンア
ルキルアミンからなるメソ多孔性物質製造用鋳型剤。1. A general formula: R 1 —NH— (EtO) n ... [I] (wherein, R 1 is an alkyl group having 8 to 36 carbon atoms.
(EtO) n is a polyethylene oxide chain, and n is an integer of 2 to 200. A template for producing a mesoporous substance comprising a polyoxyethylene alkylamine represented by the formula:
性物質を製造することを特徴とするメソ多孔性物質の製
造方法。2. A method for producing a mesoporous substance, comprising producing a mesoporous substance using the template of claim 1.
る。Bは3価の元素で、bはその係数0〜0.67であ
る。Cは4価の元素で、cはその係数0〜0.5であ
る。Dは5価の元素で、dはその係数0〜0.4であ
る。Eは6価の元素で、eはその係数0〜0.33であ
る。Fは7価の元素で、fはその係数0〜0.29であ
る。Gは8価の元素で、gはその係数0〜0.25であ
る。Oは酸素原子で、xはその係数1である。ただし、
係数a、b、c、d、e、fおよびgの全部が同時にゼ
ロであることはない。Mは、水素原子、アルカリ金属、
アルカリ土類金属および希土類金属よりなる群から選ば
れる少なくとも1種で、mはその係数0.001〜2で
ある。R1−NH−(EtO)nは構造[II]中に含まれ
ている請求項1記載の鋳型剤部分で、r1はその係数0.
01〜1である。R2は上記元素A〜G(これらをZと
総称する)とZ−炭素結合もしくはZ−酸素−炭素結合
により連結している有機基で、r2はその係数0〜1で
ある。)で表される鋳型剤含有メソ多孔性物質を製造す
ることを特徴とするメソ多孔性物質の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the compound of the formula (R)1-NH- (EtO)n)r1R2 r2Mm(AaBbCcDdEeF f GgOx) [...] [II] (where A is a divalent element, and a is a coefficient of 0 to 1)
You. B is a trivalent element, and b has a coefficient of 0 to 0.67.
You. C is a tetravalent element, and c has a coefficient of 0 to 0.5.
You. D is a pentavalent element, and d is a coefficient of 0 to 0.4.
You. E is a hexavalent element, and e has a coefficient of 0 to 0.33.
You. F is a heptavalent element, and f has a coefficient of 0 to 0.29.
You. G is an octavalent element, and g has a coefficient of 0 to 0.25.
You. O is an oxygen atom, and x is its coefficient 1. However,
All of the coefficients a, b, c, d, e, f and g are
Never be b. M is a hydrogen atom, an alkali metal,
Selected from the group consisting of alkaline earth metals and rare earth metals
M is a coefficient of 0.001-2.
is there. R1-NH- (EtO)nIs included in structure [II]
2. The template part according to claim 1, wherein r1 is a coefficient of 0.1.
01 to 1. R2Are the above elements A to G (these are Z
Generic name) and Z-carbon bond or Z-oxygen-carbon bond
Wherein r2 is a coefficient of 0 to 1
is there. ) To produce the template-containing mesoporous material represented by
A method for producing a mesoporous substance, comprising:
剤含有メソ多孔性物質から鋳型剤を除去して、一般式: R2 r2Mm(AaBbCcDdEeFfGgOx) ……… ……[III] (式中、Aは2価の元素で、aはその係数0〜1であ
る。Bは3価の元素で、bはその係数0〜0.67であ
る。Cは4価の元素で、cはその係数0〜0.5であ
る。Dは5価の元素で、dはその係数0〜0.4であ
る。Eは6価の元素で、eはその係数0〜0.33であ
る。Fは7価の元素で、fはその係数0〜0.29であ
る。Gは8価の元素で、gはその係数0〜0.25であ
る。Oは酸素原子で、xはその係数1である。ただし、
係数a、b、c、d、e、fおよびgの全部が同時にゼ
ロであることはない。Mは、水素原子、アルカリ金属、
アルカリ土類金属および希土類金属よりなる群から選ば
れる少なくとも1種で、mはその係数0.001〜2で
ある。R2は上記元素A〜G(これらをZと総称する)
とZ−炭素結合もしくはZ−酸素−炭素結合により連結
している有機基で、r2はその係数0〜1である。)で
表されるメソ多孔性物質を製造することを特徴とするメ
ソ多孔性物質の製造方法。4. The method of claim 3, wherein the template agent is removed from the mesoporous material containing the template agent to obtain a general formula: R 2 r2 M m (A a B b C c D d E e F. f G g O x ) [...] [III] (where A is a divalent element, a has a coefficient of 0 to 1. B is a trivalent element, and b is a coefficient of 0. C is a tetravalent element, c has a coefficient of 0 to 0.5, D is a pentavalent element, d has a coefficient of 0 to 0.4, and E is a hexavalent element. E is a coefficient of 0 to 0.33, F is a heptavalent element, f is a coefficient of 0 to 0.29, G is an octavalent element, and g is a coefficient of 0 to 0.39. O is an oxygen atom, and x is a coefficient of 1.
All of the coefficients a, b, c, d, e, f, and g are not simultaneously zero. M is a hydrogen atom, an alkali metal,
M is at least one selected from the group consisting of alkaline earth metals and rare earth metals, and m has a coefficient of 0.001-2. R 2 is the above elements A to G (these are collectively referred to as Z)
And an organic group linked by a Z-carbon bond or a Z-oxygen-carbon bond, and r2 has a coefficient of 0 to 1. A method for producing a mesoporous substance, characterized by producing the mesoporous substance represented by the formula (1).
製造されたことを特徴とするメソ多孔性物質。5. A mesoporous substance produced by the method according to claim 2. Description:
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